DE4407299C1 - Vorrichtung zur Herstellung von hohlzylindrischen Produkten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von zumindest angenähert hohlzylindrischen Produkten, insbesondere dünnwandigen Rohren, aus kera­ mischen, feinteiligen Werkstoffen durch isostatisches Pressen, bei der innerhalb eines hohlzylindrischen, isostatischen Drucktopfes ein Formhohlraum für das zu pressende Produkt zwischen einem axialen, vertikal aus­ ziehbaren Stahldorn und einer konzentrisch angeordneten und hohlzylindrischen Formgebungsmembran aus gummiela­ stischem Material gebildet ist, welche Formgebungsmem­ bran an beiden Enden eingespannt ist und zum Drucktopf hin einen von einer hydraulischen Druckquelle beauf­ schlagten Druckraum abgrenzt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 28 25 611 C2 bekannt. Mit einer solchen Presse können keramische Rohre hergestellt werden, die relativ dünn sind, jedoch eine oft nicht ausreichende Maßhaltigkeit aufweisen und die eine Ausbrennsicherheit von über 1000°C des Rohres aufweisen müssen. Gleichzeitig muß eine absolute Gas­ dichtigkeit vor und nach dem Ausbrennvorgang nach DIN 18 160 Teil 6 sowie eine weitgehende Dampfdiffusionssi­ cherheit erreichbar sein. Im allgemeinen werden dafür als Grundmaterial mechanisch granulierte Massen verwen­ det, die etwa 35% bildsame, d. h. plastische Substanz, z. B. Ton, und etwa 65% unbildsame Substanz, z. B. Scha­ motte, aufweisen.

Bei der Preßvorrichtung nach dem Stand der Technik ist ein innenliegender Stahldorn vorgesehen, der am unteren Ende einen überstehenden Rand und eine diesen umgeben­ den, etwas höhere ringförmige Einlage aus Gummi oder Kunststoff aufweist, die als formgebende Einlage den unteren Abschluß des Formenhohlraumes bildet. Den obe­ ren Abschluß des Formhohlraumes bildet eine ebenfalls ringförmige Einlage, die auf einem Absatz des Stahl­ dorns auf ruht und ebenfalls zur Formgebung der oberen Stirnseite des zu formenden Produktes dient. Das obere Ende des Stahldorns ist dabei von einem zusammen mit der oberen Einlage abnehmbaren Obertisch umgeben, der nach Auffahren das obere Ende des Formenhohlraumes freigibt, um die zu verpressende keramische Masse in den Formhohlraum einzufüllen. Schwierigkeiten ergeben sich dabei jedoch für eine ordnungsgemäße und gleichmä­ ßige Füllung des Formhohlraumes, da ein Zusammenpressen der keramischen Masse von oben nur in einem sehr gerin­ gen Umfange entsprechend der Höhe der ringförmigen Ein­ lage möglich ist und weil darüber hinaus beim Ver­ schließen des Preßwerkzeuges "Verblasungen" unvermeid­ bar sind und dadurch eine Verfälschung des Füllge­ wichtes der Masse eintritt. Dadurch wird oftmals nur eine wenig homogene Füllung erhalten, so daß die ferti­ gen Produkte weniger maßhaltig sind und ggf. nachbear­ beitet werden müssen, insbesondere im Bereich der stirnseitigen Partien des Preßlings wie z. B. bei der Einformung von Nut und Feder.

Nach dem üblichen Verpressen durch Druckbeaufschlagung der den Formhohlraum außen begrenzenden Membran und an­ schließender Entlastung der Membran wird zunächst der Obertisch abgezogen und der Dorn zusammen mit dem ge­ preßten Produkt nach oben herausgezogen, wo dann das Produkt wegen der elastischen Rückformung des Preßlings vom Dorn entnommen werden kann.

Beim Herausziehen des Dorns mit dem gepreßten Rohr muß dabei das obere Ende der Membran passiert werden. Diese engste Stelle darf nur sehr kurz sein, da das Rohr sonst steckenbleiben würde. Es ist daher erforderlich, im Anschluß an diesen "Bottle-Neck" eine deutliche Er­ weiterung des Querschnittes herbeizuführen. Beim Ver­ schließen des Werkzeuges nach erfolgter Füllung ist je­ doch diese Querschnittserweiterung sehr problematisch, da unbestimmbare Masseverblasungen auftreten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Preßvor­ richtung zu schaffen, mit der ein optimal maßhaltiges Herstellen von keramischen Produkten möglich ist, d. h. ein endkonturgetreues Pressen ohne das Erfordernis ei­ ner mechanischen Nachbearbeitung. Dadurch soll es auch möglich sein, die gepreßten Körper während des Preßvor­ ganges mit dauerhaften und maßgetreuen Konturen zu ver­ sehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgese­ hen, daß der Ringspalt oberhalb des Formhohlraumes zwi­ schen Drucktopf und Stahldorn mittels eines zylindri­ schen, vertikal ein- und ausfahrbaren Stahlringes ab­ sperrbar und begrenzbar ist und daß der Ringspalt un­ terhalb des Formhohlraumes zwischen Drucktopf und Stahldorn mittels eines konischen, vertikal ein- und ausfahrbaren Stahlringes absperrbar und begrenzbar ist und daß nach isostatischem Verpressen der in den Form­ hohlraum eingebrachten keramischen Masse der Stahldorn zusammen mit dem unteren konischen Stahlring sowie dem fertig gepreßten Produkt vertikal nach unten ausfahrbar ist, wobei unmittelbar nach der engsten Stelle die ko­ nische Erweiterung das Entformen ermöglicht.

Damit kann die sogenannte engste Stelle, auf die zwin­ gend eine Erweiterung folgen muß, nach unten verlegt werden. Während des Füllvorganges ist diese bereits verschlossen, so daß kein Verblasen von Masse auftreten kann. Der obere Ringspalt kann jedoch im Unterschied zum Stand der Technik auf beliebige Länge völlig zylin­ drisch ausgeführt werden, so daß beim Einfahren des Oberstempels die Masse axial frei wählbar verdichtet werden kann, ohne daß es zu Verblasungen kommt.

Mit diesen Stahlringen ist eine optimale Vorverdichtung der in den Formhohlraum eingebrachten keramischen Masse möglich, so daß damit eine sehr homogene Füllung er­ reicht werden kann mit besonders guter Ausbildung der stirnseitigen Flächen, wie z. B. Nut und Feder.

Dabei können die an den Formhohlraum angrenzenden Stirnflächen der Stahlringe als Formgebungselemente ausgebildet sein.

Eine Möglichkeit besteht darin, daß die Stirnflächen der Stahlringe einander entgegengesetzt stufenförmig abgesetzt sind zur Bildung einer Nut-Feder-Verbindung für einanderanschließende rohrförmige Produkte.

Dabei sollte der untere Stahlring für die Formgebung der Nut und der obere Stahlring für die Formgebung der Feder ausgebildet sein, weil durch die Auffederung der Masse beim Druckabbau die Feder zerstört würde.

Zweckmäßigerweise ist die Formgebungsmembran an ihrem Außenumfang von einem mit Durchbrechungen versehenen Stützrohr umgeben, das am oberen und unteren Ende von hakenförmigen Ansätzen, die die Wirkung von Dichtlippen aufweisen, der Formgebungsmembran umgriffen ist.

Der obere hohlzylindrische Stahlring ist zweckmäßiger­ weise mit dem Obertisch der Vorrichtung verbunden und mit diesem zusammen nach oben ausfahrbar.

Ferner kann in diesen Stahlring ein sich konisch ver­ jüngender Ring eingesetzt sein, in dem der kegelförmig zulaufende Kopf des Stahldorns geführt ist.

Der untere Stahlring ist zweckmäßigerweise auf minde­ stens eine abgestufte Durchmesserverringerung des Stahldorns aufgesetzt und zusammen mit dem Stahldorn formschlüssig nach unten ausziehbar.

Darüberhinaus ist es von Vorteil, wenn der Stahldorn in seinem oberen Bereich mindestens einen radial aus fahr­ baren Mitnehmerstift aufweist, der nach Ausfahren des oberen Metallringes den Spalt zwischen Dorn und Druck­ topf durchsetzt und beim Ausziehen des Stahldorns nach unten das gefertigte Produkt mitnimmt.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise von Ausführungsbeispielen nach der Er­ findung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit Teillängsschnitt einer vollständigen Preßvorrichtung und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung in entspre­ chender Verkürzung.

Wie man aus Fig. 1 ersieht, weist die Preßvorrichtung außenliegend einen hohlzylindrischen, isostatischen Drucktopf 1 auf. Dieser Drucktopf 1 umschließt nach in­ nen eine Druckkammer 2, in die ein mit Durchbrechungen 3 versehenes Stützrohr 4 eingesetzt ist. Am Innenumfang dieses Stützrohres 4 liegt die eigentliche, ebenfalls hohlzylindrische Formgebungsmembran 5 aus einem elasti­ schen Material an. Diese Membran 5 umgreift am oberen und unteren Ende mit hakenförmigen Ansätzen 6 und 7 das Stützrohr 4 und ist mit die Membranenden umgreifenden Ringen 8 und 9 gegen den Drucktopf 1 fixiert.

Axial in den Drucktopf 1 ist ein Stahldorn 11 als in­ neres Formgebungselement eingesetzt, der zwischen sei­ ner Außenfläche und der Innenfläche der Formgebungsmem­ bran 5 den eigentlichen Formhohlraum 12 für das herzu­ stellende Produkt umschließt.

Dieser Formhohlraum 12 setzt sich im oberen Bereich praktisch über die wirksame Länge der Formgebungsmem­ bran 5 hinaus und über die Gesamtlänge des Drucktopfes 1 als Ringspalt von etwa gleicher Breite wie der des Formhohlraumes 12 fort.

Im unteren Bereich weist der Formhohlraum nach der eng­ sten Stelle eine konische Erweiterung auf, so daß beim Entnehmen des Dorns mit dem gepreßten Rohr nur ein mög­ lichst kleiner Widerstand überwunden werden muß.

Der obere Ringspalt ist dabei mit einem zylindrischen Stahlring 13, der mit dem nach oben abziehbaren Ober­ tisch 14 verbunden ist, verschließbar, während der Ringspalt unterhalb des Formhohlraumes 12 mit einem Stahlring 15 verschlossen ist, der mit dem nach unten ausziehbaren Stahldorn 11 verbunden ist und von diesem mitgenommen wird.

In Fig. 2 ist im vergrößerten Maßstab insbesondere der obere und der untere Bereich der Preßvorrichtung darge­ stellt.

Wie man daraus ersieht, sind die an den Formhohlraum 12 angrenzenden Stirnflächen der Stahlringe 13 und 15 als Formgebungselemente 16 und 17 ausgebildet, um bei­ spielsweise eine Nut-Feder-Verbindung für aneinanderan­ schließende Rohre zu bilden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das untere Formgebungselement 17 zur Bildung der Nut und das obere Formgebungselement 16 zur Bildung der Feder dienen und dabei einander entgegengesetzt stufen­ förmig abgesetzt sind.

In den oberen Stahlring 13, der mit dem Obertisch 14 verbunden ist, ist auf der Innenseite ein konischer Ring 18 eingesetzt, der zur Führung und exakten Posi­ tionierung des kegelförmigen Kopfes 19 des Stahldorns 11 in seiner eingefahrenen Stellung dient.

Der untere Stahlring 15 ist auf den Stahldorn 11 aufge­ schrumpft und formschlüssig über mehrere stufenförmige Einziehungen 20, 21 und 22 verbunden, um beim Ausziehen des Stahldorns 11 nach unten von diesem sicher mitge­ nommen zu werden.

Die Funktionsweise dieser Preßvorrichtung ist nunmehr die folgende. Bei noch abgezogenem Obertisch 14 zusam­ men mit dem oberen Stahlring 13 und eingefahrenem Stahldorn 11 wird der Formhohlraum mit der zu verpres­ senden keramischen Masse gefüllt, bis der Formhohlraum 12 etwa bis zur Oberkante 23 der Formgebungsmembran 5 gefüllt ist. Hierbei kann die gewünschte Füllhöhe ganz exakt mit Hilfe einer rotierenden Streichvorrichtung eingestellt werden, indem überschüssige Masse über im Stahldorn 11 befindliche Bohrungen 31 in das Dorninnere und damit ins Freie abgeführt werden kann. Durch Niederfah­ ren des Obertisches 14 und des Stahlringes 13 wird die keramische Masse im Formhohlraum 12 zusammengepreßt, um dadurch eine homogene Füllung zu erreichen. Durch die parallelen Wandungen des oberen Stahlringes 13 und die parallelen Wandungen des Spaltes, in den dieser Stahl­ ring 13 eintaucht, wird die Masse im Formhohlraum 12 sicher zusammengepreßt, ohne daß sie nach oben am Stahlring 13 vorbei ausgeblasen werden kann.

Bei dieser Vorverdichtung werden durch die Formge­ bungselemente 16 und 17 auch gleich die entsprechenden Konturen in die Stirnflächen des zu pressenden Produk­ tes eingeprägt.

Anschließend wird die Druckkammer 2 über eine externe Druckquelle 24 und zugehörige Leitungen 25 - wie in Fig. 1 dargestellt - mit einer hydraulischen Flüssig­ keit gefüllt. Diese hydraulische Flüssigkeit drückt über die Durchbrechungen 3 im Stützrohr 4 auf die Form­ gebungsmembran 5 und preßt diese unter entsprechend ho­ hem Druck gegen die eingefüllte keramische Masse, bis diese auf die vorgegebene Form verdichtet ist.

Nach der entsprechenden Formgebung wird die Druckkammer 2 wieder entlastet, so daß die Formgebungsmembran 5 in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt und sich dabei vom gepreßten Produkt 26, beispielsweise einem Keramikrohr, entfernt. Durch eine Unterdruckquelle wird der Vorgang unterstützt, so daß ein absolutes Anliegen der Membran an das Stützrohr erfolgt und der Füllraum immer genau das gleiche Volumen aufweist. Durch die vorhandenen Rückstellkräfte wird sich dabei auch das gepreßte Rohr 26 etwas vom Stahldorn 11 lösen.

Anschließend wird der Obertisch 14 zusammen mit dem oberen Stahlring 13 nach oben herausgezogen.

Im Kopf 19 des Stahldorns 11 befindet sich darüber hinaus noch ein ausfahrbarer, stiftförmiger Mitnehmer 27, der durch Einwirken eines kegelförmigen und nach oben verschieblichen Ringes 28 und entsprechenden Fe­ dern 29 und 30 nach Ausfahren des oberen Stahlringes 13 in den Spalt zwischen Stahldorn 11 und Drucktopf 1 aus­ fährt.

Anschließend wird der Stahldorn 11 nach unten ausgezo­ gen, wobei dann über den ausfahrbaren Mitnehmer 27 das gepreßte Rohr 26 mit nach unten herausgeführt wird. An­ schließend kann dann das Rohr 26 vom Stahldorn 11 abge­ zogen und unmittelbar weiterverarbeitet, d. h. gebrannt werden.

Es ist dabei auch möglich, die Formgebungsmembran 5 auf ihrer Innenfläche mit Konturen, beispielsweise in Form von parallelen Rippen oder Rillen, zu versehen, um da­ mit ein entsprechend konturiertes Produkt zu erhalten.

Außerdem ist es nur auf diese Weise möglich, auch ein Rohr mit einer glockenförmigen Muffe zu pressen.

Durch die Gestaltung und Anordnung des oberen Stahlrin­ ges 13 ist eine hohe Überfüllung des Formhohlraumes möglich, die dann auf das gewünschte Volumen vorver­ dichtet wird.

Durch die Gestaltung und Ausbildung dieser Preßvorrich­ tung ist ein sehr genaues endkonturgetreues Pressen der Teile möglich, ohne daß eine Nachbearbeitung erforder­ lich ist. Die Qualität der gepreßten Produkte in bezug auf Maßhaltigkeit ist dabei so hoch wie bei einem Pres­ sen mit stählernen Matrizen und gewährt damit eine ab­ solute Formtreue, so daß die erhaltenen Produkte ohne Nachbearbeitung weiterverarbeitet werden können.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Herstellung von zumindest angenä­ hert hohlzylindrischen Produkten, insbesondere dünnwandigen Rohren, aus keramischen, feinteiligen Werkstoffen durch isostatisches Pressen, bei der innerhalb eines hohlzylindrischen isostatischen Drucktopfes (1) ein Formhohlraum (12) für das zu pressende Produkt (26) zwischen einem axialen ver­ tikal ausziehbaren Stahldorn (11) und einer konzen­ trisch angeordneten und hohlzylindrischen Formge­ bungsmembran (5) aus gummielastischem Material ge­ bildet ist, welche Formgebungsmembran (5) an beiden Enden eingespannt ist und zum Drucktopf (1) hin eine von einer hydraulischen Druckquelle (24) beauf­ schlagbare Druckkammer (2) abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt oberhalb des Formhohlraumes (12) zwischen Drucktopf (1) und Stahldorn (11) mittels eines zylindrischen, verti­ kal ein- und ausfahrbaren Stahlringes (13) absperr­ bar und begrenzbar ist und daß der Ringspalt unter­ halb des Formhohlraumes (12) zwischen Drucktopf (1) und Stahldorn (11) mittels eines konischen, verti­ kal ein- und ausfahrbaren Stahlringes (15) absperr­ bar und begrenzbar ist und daß nach isostatischem Verpressen der in den, Formhohlraum (12) eingebrach­ ten keramischen Masse der Stahldorn (11) zusammen mit dem unteren konischen Stahlring (15) sowie dem fertig gepreßten Produkt (26) vertikal nach unten ausfahrbar ist, wobei unmittelbar nach der engsten Stelle (32) die konische Erweiterung das Entformen ermöglicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die an den Formhohlraum (12) angrenzenden Stirnflächen (16, 17) der Stahlringe (13, 15) als Formgebungselemente ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stirnflächen (16, 17) der Stahlringe (13, 15) einander entgegengesetzt stufenförmig ab­ gesetzt sind zur Bildung einer Nut-Feder-Verbindung für einanderanschließende rohrförmige Produkte.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der untere Stahlring (15) für die Formge­ bung der Nut und der obere Stahlring (13) für die Formgebung der Feder ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Formgebungsmembran (5) auf ihrem Außen­ umfang von einem mit Durchbrechungen versehenen Stützrohr (4) umgeben ist, das am oberen und unte­ ren Ende von hakenförmigen Ansätzen (6, 7) der Formgebungsmembran (5) umgriffen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der obere, hohlzylindrische Stahlring (13) mit dem Obertisch (14) der Vorrichtung verbunden und mit diesem zusammen nach oben ausfahrbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß in den oberen Stahlring (13) ein konischer Ring (18) eingesetzt ist, in dem der kegelförmige Kopf (19) des Stahldorns (11) geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der untere Stahlring (15) auf mindestens eine abgestufte Einziehung (20, 21, 22) des Stahldorns (11) aufgesetzt und zusammen mit dem Stahldorn (11) formschlüssig nach unten ausziehbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stahldorn (11) in seinem oberen Be­ reich mindestens einen radial ausfahrbaren Mitneh­ merstift (27) aufweist, der nach Ausfahren des obe­ ren Metallringes (13) den freigegebenen Spalt durchsetzt und beim Ausziehen des Stahldorns (11) nach unten das gefertigte Produkt (26) mitnimmt.